Carburizing: Definisi, Jenis, dan Proses Pengerasan Baja
Apa Itu Carburizing?
Carburizing adalah proses pengerasan permukaan di mana karbon menyebar ke lapisan permukaan bagian baja pada suhu yang cukup tinggi untuk mengubah struktur kristal baja. Perubahan ini memungkinkan baja menyerap karbon. Hasilnya adalah lapisan tahan aus yang membuat carburizing menjadi proses ideal dalam produksi logam yang kuat dan aman.
Carburizing adalah proses perlakuan panas di mana besi atau baja menyerap sementara logam dipanaskan kehadiran bahan yang mengandung karbon, seperti arbu atau karbon monoksida. Tujuannya adalah untuk membuat logam lebih keras.
Bergantung pada jumlah waktu dan suhu, area yang terpengaruh dapat bervariasi dalam kandungan karbon. Waktu carburizing yang lebih lama dan suhu yang lebih tinggi biasanya meningkatkan kedalaman penyebaran karbon.
Ketika besi atau baja didinginkan cepat dengan quenching, kandungan karbon yang lebih tinggi di permukaan luar menjadi keras karena transformasi dari austenit ke martensit, sementara inti tetap lemah dan tahan sebagai mikrostruktur feritik dan/atau pearlit.
Proses manufaktur ini dapat dikarakterisasi oleh poin-poin kunci berikut:
Diterapkan pada workpiece rendah karbon;
Workpiece dalam kontak dengan gas, cairan, atau padat tinggi karbon;
Menghasilkan permukaan workpiece yang keras; inti sebagian besar mempertahankan keawetan dan duktilitasnya, dan
Menghasilkan kedalaman kekerasan permukaan hingga 0,25 inci (6,4 mm).
Dalam beberapa kasus, ini berfungsi sebagai solusi untuk deskarburisasi yang tidak diinginkan yang terjadi sebelumnya dalam proses manufaktur.
Metode Karburisasi
Karburisasi baja melibatkan perlakuan panas permukaan logam menggunakan sumber karbon. Karburisasi dapat digunakan untuk meningkatkan kekerasan permukaan baja rendah karbon. Karburisasi awal menggunakan aplikasi langsung arbu yang dikemas di sekitar sampel yang akan ditangani, tetapi teknik modern menggunakan gas atau plasma yang mengandung karbon.
Proses ini terutama bergantung pada komposisi gas lingkungan dan suhu tungku, yang harus dikontrol dengan hati-hati, karena panas juga dapat mempengaruhi mikrostruktur sisa materi. Untuk aplikasi di mana diinginkan kontrol yang besar atas komposisi gas, karburisasi dapat berlangsung di tekanan sangat rendah dalam ruang vakum.
Karburisasi plasma semakin banyak digunakan untuk meningkatkan karakteristik permukaan berbagai logam, terutama stainless steel. Proses ini ramah lingkungan. Ini juga memberikan perlakuan merata pada komponen dengan geometri kompleks, sehingga sangat fleksibel dalam hal perlakuan komponen.
Proses karburisasi bekerja melalui difusi atom karbon ke lapisan permukaan logam. Karena logam terdiri dari atom yang terikat erat dalam jaringan kristal logam, atom karbon menyebar ke struktur kristal logam dan baik tetap dalam larutan atau bereaksi dengan elemen dalam logam induk untuk membentuk karbida.
Jika karbon tetap dalam larutan padat, baja kemudian dipanaskan untuk mengerasnya. Kedua mekanisme ini memperkuat permukaan logam, yang pertama dengan membentuk pearlit atau martensit, dan yang kedua melalui pembentukan karbida. Keduanya keras dan tahan terhadap abrasi.
Karburisasi gas biasanya dilakukan pada suhu dalam rentang 900 hingga 950 °C.
Pada pengasetan oksi-asetilena, nyala carburizing adalah nyala dengan sedikit oksigen, yang menghasilkan nyala berarap, suhu lebih rendah. Ini sering digunakan untuk annealing logam, membuatnya lebih lentur dan fleksibel selama proses pengasetan.
Jenis Carburizing
Di masa lalu, tergantung pada sumber karbon, ada tiga jenis metode carburizing: carburizing padat, carburizing cair, dan carburizing gas. Arbu, garam leleh, dan gas yang mengandung karbon seperti gas alam dan propan digunakan sesuai kebutuhan.
Ada tiga jenis karburisasi yang sering digunakan:
Karburisasi gas
Cairan carburizing
Karburisasi padat
Ketiga proses ini didasarkan pada transformasi austenit menjadi martensit selama quenching. Peningkatan kandungan karbon di permukaan harus cukup tinggi untuk menghasilkan lapisan martensitik dengan kekerasan yang cukup, biasanya 700 HV, untuk memberikan permukaan tahan aus.
Kandungan karbon yang diperlukan di permukaan setelah difusi biasanya 0,8 hingga 1,0% C. Proses ini dapat dilakukan pada berbagai baja karbon, baja legasi, dan besi tuang, di mana kandungan karbon dalam massa maksimal 0,4% dan biasanya kurang dari 0,25%. Perlakuan panas yang salah dapat menyebabkan oksidasi atau deskarburisasi.
Meskipun merupakan proses yang relatif lambat, carburizing dapat digunakan sebagai proses berkelanjutan dan cocok untuk pengerasan permukaan volume tinggi.
1. Karburisasi Gas
Dalam karburisasi gas, melibatkan pemanasan baja karbon pada suhu austenitisasi dalam kehadiran atmosfer kaya karbon. Biasa menggunakan gas pembawa, seperti gas endotermik (“Endo”) bersama dengan pengayaan hidrokarbon (gas alam atau propan).
Komponen disimpan dalam oven yang berisi atmosfer metana atau propan dengan gas pembawa netral, biasanya campuran N2, CO, CO2, H2, dan CH4. Pada suhu carburizing, metana (atau propan) terdekomposisi di permukaan komponen menjadi karbon atom dan hidrogen, dengan karbon menyebar ke permukaan.
Suhu biasanya 925 °C dan waktu carburizing bervariasi dari 2 jam untuk casing dengan kedalaman 1 mm hingga maksimal 36 jam untuk casing dengan kedalaman 4 mm. Media quenching biasanya minyak, tetapi dapat berupa air, garam, soda kaustik, atau polimer.
2. Karburisasi Vakum
Proses carburizing ini melibatkan lingkungan tekanan rendah, bebas oksigen. Proses ini menggunakan hidrokarbon gas seperti metana. Karena lingkungan bebas oksigen, suhu carburizing dapat ditingkatkan tanpa khawatir akan oksidasi. Semakin tinggi suhu, semakin tinggi larutan karbon dan laju difusi, yang meminimalkan waktu yang diperlukan untuk kedalaman casing
3. Karburisasi Cair
Karburisasi cair adalah proses yang digunakan untuk pengerasan permukaan bagian baja atau besi. Bagian-bagian dipanaskan pada suhu di atas Ac1 dalam garam leleh yang memperkenalkan karbon dan nitrogen, atau karbon saja, ke dalam logam. Kebanyakan mandi karburisasi cair mengandung sianida, yang memperkenalkan karbon dan nitrogen ke dalam casing.
Cairan atau sianida di-carburize dengan menempatkan komponen dalam mandi garam pada suhu 845 hingga 955 °C. Garam biasanya campuran sianida-klorida-karbonat dan sangat beracun. Garam sianida memperkenalkan sejumlah kecil nitrogen ke permukaan, yang lebih meningkatkan kekerasannya. Meskipun merupakan proses carburizing tercepat, ini hanya cocok untuk ukuran batch kecil.
4. Karburisasi Padat (Pack Carburizing)
Dalam karburisasi padat atau pack adalah proses di mana karbon monoksida yang berasal dari senyawa padat terdekomposisi di permukaan logam menjadi karbon nascent dan karbon dioksida. Kontainer carburizing terbuat dari baja karbon, baja karbon dilapis aluminium, atau legasi tahan panas besi-nikrom-krom.
Komponen dikelilingi oleh medium carburizing dan ditempatkan dalam kotak tertutup. Medium biasanya kokoh atau arbu dicampur dengan karbonat barium. Proses sebenarnya merupakan proses karburisasi gas karena CO yang dihasilkan terdissosiasi menjadi CO2 dan karbon yang menyebar ke permukaan komponen.
Suhu biasanya 790 hingga 845 °C untuk waktu 2 hingga 36 jam. Packing carburizing adalah proses carburizing yang paling tidak canggih dan oleh karena itu masih merupakan metode yang banyak digunakan.
Carbonitriding
Carbonitriding dilakukan pada bagian baja yang serupa, meskipun kandungan karbon menurut massa dapat 0,4-0,5%. Metode ini sangat cocok untuk mengeras permukaan komponen yang memerlukan inti yang keras, seperti gear dan shaft.
Carbonitriding adalah modifikasi karburisasi gas di mana ammonia ditambahkan ke metana atau propan dan merupakan sumber nitrogen.
FAQs.
Apa Itu Carburizing?
Carburizing adalah proses pengerasan di mana karbon menyebar ke lapisan permukaan bagian baja pada suhu yang cukup tinggi untuk mengubah struktur kristal baja. Perubahan ini memungkinkan baja menyerap karbon.
Apa proses carburizing?
Carburising adalah proses termo kimia di mana karbon difusi ke permukaan baja rendah karbon untuk meningkatkan kandungan karbon ke tingkat yang cukup sehingga permukaan akan merespons perlakuan panas dan menghasilkan lapisan yang keras dan tahan aus. Ada tiga jenis carburising yang sering digunakan: gas carburising.
Apa tiga jenis carburizing?
Secara historis, ada tiga jenis metode carburizing tergantung pada sumber karbon: carburizing padat, carburizing cair, dan carburizing gas. Arbu, garam leleh, dan gas yang mengandung karbon, seperti gas alam dan propan, digunakan sesuai kebutuhan.
Apa saja jenis Carburizing?
Jenis Carburizing
Pack Carburizing
Gas Carburizing
Vacuum Carburizing
Liquid Carburizing
Apa tujuan karburisasi?
Tujuan proses ini adalah untuk membuat logam lebih keras dan lebih mudah dikelola. Kekerasan baja dengan kandungan karbon rendah dapat ditingkatkan melalui penambahan karbon dalam bentuk perlakuan panas tertentu. Khi dilakukan dengan sukses, ini dapat meningkatkan kekerasan permukaan baja.
Mengapa carburizing dilakukan untuk baja?
Carburizing meningkatkan kekuatan dan tahan aus dengan menyebarkan karbon ke permukaan baja membuat casing sambil mempertahankan kekerasan yang jauh lebih rendah di inti. Perlakuan ini diterapkan pada bagian baja rendah karbon setelah mesin, serta bearing baja legasi tinggi, gear, dan komponen lainnya.
Apa carburizing dan nitriding?
Nitriding dan carburizing adalah dua praktik perlakuan panas paling umum untuk pengerasan permukaan komponen fungsional. Perbedaan utama adalah pada nitriding, atom nitrogen dibuat menyebar ke permukaan bagian yang diproses, sedangkan pada carburizing, karbon digunakan.
Apa perbedaan antara pengerasan permukaan dan carburizing?
Pengerasan permukaan adalah proses mengeras hanya permukaan bagian. Ini juga dikenal sebagai carburizing. Dalam proses carburizing, komponen rendah karbon ditempatkan dalam tungku yang berisi atmosfer karbon yang dikontrol dengan hati-hati.
Apa suhu carburizing?
Tungku carburizing adalah berbahan bakar gas atau dipanaskan listrik. Suhu carburizing bervariasi dari 870 hingga 940 ºC atmosfer gas untuk carburizing dihasilkan dari hidrokarbon cair atau gas seperti propan, butana, atau metana.
Apa carburizing cair?
Karburisasi cair adalah proses yang biasanya digunakan untuk bagian kecil dan menengah. Dalam mandi garam, karbon yang akan difusi ke workpiece berasal dari garam leleh yang merupakan campuran sianida natrium (NaCN) dan klorida barium (BaCl2).
Baja apa yang dapat di-carburize?
Mikrostruktur inti tidak akan berubah selama perlakuan panas rendah ini. Sementara karburisasi terutama digunakan untuk baja rendah karbon dan baja legasi rendah, nitriding digunakan untuk baja rendah karbon, baja legasi, baja alat, dan stainless steel. Baja yang dinitriding dapat memiliki tahan aus dan kekerasan yang superior.
Apa dua langkah carburizing?
Meskipun carburizing atmosfer terdiri dari beberapa langkah proses, ini dapat disederhanakan untuk mencakup dua proses utama: pembentukan karbon dalam tungku dan difusi karbon ke workpiece. Yang pertama menyediakan atom karbon sementara yang kedua menentukan gradien konsentrasi karbon.
Mengapa BaCO3 ditambahkan dalam Solid Carburizer?
“Proses carburizing sering dilakukan untuk mengeras permukaan gear dan cam atau cam (Malau, V., 1999)”. Untuk mempercepat penetrasi karbon ke dalam sampel selama proses pengarbonan, diperlukan untuk menambahkan elemen lain seperti BaCO3, NaCO3 dan lainnya.
Salah satu gas berikut mana yang digunakan untuk gas carburizing?
Gas carburizing, termasuk proses carbonitriding atau gas nitriding yang melibatkan penggunaan gas ammonia (NH3), yang menghasilkan nitrogen nascent yang masuk ke casing baja dan meningkatkan kekerasan.
Logam apa yang dapat dinitride?
Aluminium, krom, molibdenum, titan, tungsten, dan vanadium mudah bereaksi dengan nitrogen pada suhu tinggi untuk membentuk nitrida logam masing-masing. Legasi baja rendah karbon yang mengandung logam ini biasanya merupakan kandidat yang baik untuk nitriding.
Apa perbedaan antara carburizing dan carbonitriding?
Perbedaan utama antara carburizing dan carbonitriding adalah carburizing adalah proses mengeras permukaan baja menggunakan karbon, sedangkan carbonitriding adalah proses mengeras permukaan baja menggunakan karbon dan nitrogen.
Apakah perlakuan panas diperlukan setelah carburizing?
Komponen dapat di-quench dari suhu carburising atau mungkin dipanaskan kembali ke suhu austenitisasi yang sesuai dan di-quench. Direct quenching lebih hemat waktu dan murah tetapi tidak mungkin dalam praktik pack carburising. Jadi, bagian pack-carburized selalu dipanaskan kembali dan di-quench.
Apakah carburizing mengubah ukuran?
Sangat sulit untuk memiliki workpiece yang mengalami karburisasi tanpa mengalami perubahan dimensi. Jumlah perubahan ini bervariasi berdasarkan jenis bahan yang digunakan, proses carburizing yang dilakukan bahan, dan ukuran serta bentuk asli workpiece.
Apa pack carburizing?
Metode pengerasan permukaan paling awal, di mana komponen dikemas ke dalam kotak yang sesuai, bersama dengan bahan yang mengandung karbon seperti arbu, kuku, kulit, lemak hewan dan tanduk, dan dipanaskan ke suhu carburising.
Tipe difusi apa yang merupakan karburisasi?
Dalam proses carburizing, difusi karbon menentukan gradien konsentrasi karbon dan profil kekerasan dalam casing workpiece. Meskipun carburizing adalah proses yang rumit, ini dapat dipecah menjadi dua langkah utama: pembentukan karbon dalam tungku dan difusi karbon ke workpiece.
Apakah perlakuan panas menyusutkan logam?
Percobaan telah dilakukan pada banyak bahan untuk menunjukkan efek perlakuan panas pada perubahan ukuran. Efeknya berbeda untuk setiap grade bahan. Sebagai contoh, kubus 3,15 inci baja alat D-2 selama pengerasan tumbuh sebesar 0,08% dalam satu dimensi, sementara menyusut dalam dua dimensi lainnya.
Mengapa pengerasan permukaan terjadi?
Pengerasan permukaan adalah metode pemrosesan bahan yang digunakan untuk meningkatkan kekerasan permukaan logam. Karena proses pengerasan mengurangi formabilitas dan kemampuan mesin, pengerasan permukaan biasanya dilakukan setelah sebagian besar proses pembuatan lainnya selesai.
